Повышение продуктивности и реанимация скважин
.pdf
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
начала отсчета опыта без воздействия упругими колебаниями. В итоге коэффициент нефтевытеснения достигает 40 %. После прекращения процесса нефтевытеснения включение упругих колебаний не вызывает какого-либо возобновления процесса пропитывания керна.
С образцом 2 в обычных условиях самопроизвольного пропитывания водой нефтенасыщенной пористой среды не происходит. Воздействие упругими колебаниями инициирует процесс пропитки, происходит выделение нефти из пористой среды в течение 7 ч, после чего пропитка приостанавливается, и дальнейшее воздействие в течение еще 12 ч не приводит к увеличению коэффициента нефтевытеснения. Далее в течение 1 сут не наблюдается продолжения процесса пропитывания керна. Тем не менее повторное, спустя 1 сут, наложение поля упругих колебаний вновь инициирует дальнейшее пропитывание образца, и коэффициент нефтевытеснения увеличивается. Подобное циклическое воздействие позволяет довести коэффициент вытеснения нефти за счет пропитывания водой до
30 %.
Рис. 3.2.3. Динамика капиллярной пропитки естественных кернов при цикли-
ческом включении поля упругих колебаний:
I – нефтевытеснение для образца 3; II – нефтевытеснение для образца 4; периоды включения излучателя и параметры воздействия: 1 – ω = 210 Гц, J = 22,0 Вт/м2, &ξ& = 5,0 м/с2, ξ = 2,3 мкм; 2 – ω = 200 Гц, J = 50,0 Вт/м2, &ξ& = 7,2 м/с2, ξ = = 4,6 мкм; 1 – ω = 420 Гц, J = 56,0 Вт/м2, &ξ& = 1,6 м/с2, ξ = 2,3 мкм; 2 – ω = = 104 Гц, J = 22,0 Вт/м2, &ξ& = 2,5 м/с2, ξ = 5,9 мкм; 3 – ω = 110 Гц, J = 18,0 Вт/м2, &ξ& = 2,4 м/с2, ξ = 5,0 мкм
75
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
На рис. 3.2.3 показаны кривые вытеснения нефти в процессе капиллярного пропитывания образцов 3 и 4. Эти образцы характеризуются близкими значениями пористости и проницаемости (см. табл. 3.2.1). В процессе подготовки в них создавали связанную воду. Насыщение данных кернов в отличие от образцов первой серии опытов производили нефтями различной вязкости. Из-за различия вязкости темп пропитки и коэффициент нефтевытеснения у данных образцов заметно различаются.
У образца 3, насыщенного нефтью с малой вязкостью, влияние упругих колебаний на процесс капиллярного пропитывания обнаружено не было. Воздействие в опыте с образцом 4 привело к изменению характера пропитывания, а коэффициент вытеснения нефти возрос до значения достаточно близкого к значению, полученному в опыте с образцом 3. Таким образом, колебательное воздействие снижает отрицательное влияние увеличения вязкости нефти на процесс пропитывания.
3.2.2. ПРОЦЕСС КАПИЛЛЯРНОЙ ПРОПИТКИ В УСЛОВИЯХ, ПРИБЛИЖЕННЫХ К ПЛАСТОВЫМ
Исследования проводили при давлении 8,0 МПа. Использовали образцы пористой среды 5 и 6, а также насыщающие жидкости (см. табл. 3.2.1). Дополнительно при насыщении образца 6 в нефти растворяли газ пропан в объемном соотношении 1:5. Давление насыщения составляло 2,5 МПа.
Образец 6 обжимался сплавом Вуда, насыщался под вакуумом водой, затем производилось вытеснение воды под давлением нефтью с растворенным газом. В верхнем и нижнем свободных объемах камеры высокого давления (см. рис. 3.2.1) нефть замещали водой, а затем начинали отсчет процесса пропитки.
В опыте с образцом 6 – искусственным керном применяли методику без обжима сплавом Вуда, а связанную воду при предварительном нефтенасыщении в нем не создавали.
На рис. 3.2.4 представлена динамика процесса капиллярной пропитки образцов 5 и 6 в условиях повышенного внешнего давления и при периодическом включении поля упругих колебаний.
Как следует из кривых капиллярного нефтевытеснения, у образцов 5 и 6, характеризующихся близкими значениями пористости и проницаемости, темп процесса капиллярной
76
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 3.2.4. Динамика капиллярной пропитки естественных кернов при циклическом включении поля упругих колебаний при условиях, приближен-
ных к пластовым:
I – нефтевытеснение для образца 5; II – нефтевытеснение для образца 6; периоды включения излучателя и параметры воздействия: 1 – ω = 165 Гц, J = 40,0 Вт/м2, &ξ& = 5,4 м/с2, ξ =
5,0 мкм; 2 – ω = 90 Гц, J = 88,0 Вт/м2, &ξ& = 4,3 м/с2, |
ξ = 13,6 мкм; 3 – ω = 100 |
|
Гц, J = 70,0 Вт/м2, |
&ξ& = 4,3 м/с2, ξ = 11,0 мкм; 1 – ω = 117 Гц, J = 79,0 Вт/м2, &ξ& = 1,5 |
|
м/с2, ξ = 3,5 мкм; |
2 – ω = 100 Гц, J = |
|
|
= 79,0 Вт/м2, &ξ& = 1,5 м/с2, ξ = 3,3 мкм |
|
пропитки различается незначительно. Включение колебательного воздействия в периоды затухания капиллярной пропитки инициирует дальнейшее ее развитие в образцах пористой среды. Схожий темп пропитки и характер кривых вытеснения образцов свидетельствуют о слабом влиянии на процесс пропитки растворенного в нефти газа, в условиях, когда внешнее давление достаточно высоко и при периодическом включении поля упругих колебаний.
Результаты исследований также показывают, что стимуляция подвижности нефти в процессе капиллярного пропитывания по значениям вибросмещения и виброускорения имеет пороговый характер. Оцененные пороговые параметры упругих колебаний совпадают со значениями, полученными в разделе 3.1 при исследовании процессов фильтрационного вытеснения.
77
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
3.3.ПЬЕЗОПРОВОДНОСТЬ ПОРИСТЫХ СРЕД
ВПОЛЕ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ
Экспериментальному исследованию влияния упругих колебаний на коллекторские свойства пластов посвящен ряд работ
[14, 44, 45, 57, 75, 95–98, 140, 163, 165, 187].
Колебательное воздействие способно приводить к развитию усталостных изменений, образованию трещин, дополнительных фильтрационных каналов в массиве пористой породы, а также влиять на фильтрационные характеристики структурированных пластовых жидкостей, содержащих асфальтосмолистые и парафиновые компоненты. Вместе с тем отмечается, что для осуществления подобных изменений требуется достижение достаточно большой плотности колебательной энергии. При воздействии из скважины подобное реально достижимо лишь для узкой кольцевой области пласта, непосредственно прилегающей к скважине. Поэтому с точки зрения практического применения наибольший интерес для исследования представляют процессы, которые инициируются колебательным воздействием в поровом пространстве при относительно небольших плотностях колебательной энергии и которые могут оказывать влияние на фильтрационные характеристики достаточно удаленных от скважины областей призабойной зоны пласта.
Пьезопроводность является важным параметром, характеризующим коллекторские свойства пласта. Эта характеристика и в промысловых, и в лабораторных исследованиях достаточно чувствительно оценивается методом снятия и обработки кривых восстановления давления (КВД).
Экспериментальные исследования влияния виброволнового воздействия на пьезопроводность насыщенной пористой среды осуществляли на лабораторной установке, моделирующей условия свободного волнового поля в пласте (рис. 3.3.1).
Кернодержатель 15 с образцом пористой среды и закрепленным на его торце излучателем 14 упругих колебаний устанавливается на фундаменте-поглотителе 20 через систему согласующих пластин 18. Излучатель собирается из пакета пьезокерамических пластин. Для его питания служит звуковой генератор 11 типа ГЗ-109 с трансляционным усилителем 10 типа ТУ-600. Частота колебаний замеряется частотомером 12 типа Ф5034. Контроль параметров упруги
78
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 3.3.1. Схема лабораторной установки для исследования пьезопроводности кернов под воздействием упругих колебаний:
1,8 – баллон с азотом; 2,6,7 – разделительные колонки; 3 – планшетный графопостроитель; 4 – тензоусилитель; 5 – тензодатчик давления; 9 – информационно-измерительная система; 10 – усилитель; 11 – задающий генератор электрических сигналов; 12 – частотомер; 13 – вибродатчик; 14 – излучатель упругих колебаний; 15 – кернодержатель; 16, 17, 19 – датчик параметров упругих колебаний; 18 – пластины согласования волновых сопротивлений; 20 – фундамент-поглотитель; В – вода; Н – нефть; N2- газ азот; В1, В2- вентили с постоянным объемом
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
гих колебаний проводится с помощью датчиков 13, 16, 17, 19 и информационно-измерительной системы 9. Для повышения точности замеров давления на входе и выходе пористого образца используются тензометрические датчики давления 5, дифференциально подключенные к тензоусилителю 4, которые в отличие от обычных манометров при замере давления практически не изменяют объем жидкости и не вызывают фильтрационных искажений процесса. Сигналы с тензоусилителя выводятся на графопостроитель 3 типа Н306, на котором установлен блок временной развертки. Для задания начального перепада давления при снятии КВД служат разделительные колонки 2, 6, 7 и баллоны с азотом 1 и 8. Чтобы не было изменений объема и давления при открывании и закрывании вентилей, в установке использовались специальные игольчатые вентили с постоянным объемом в1 и в2 (конструкция И.А. Туфанова и А.П. Лысенкова).
Для проведения исследований использовали искусственные керны, изготовленные в НИИСтройкерамике. Проницаемость кернов по воздуху 0,1 мкм2, пористость 31 %.
Для проведения опытов первой серии керн насыщался под вакуумом дистиллированной водой.
Входе опытов второй серии, когда керн насыщался нефтью
состаточной водонасыщенностью, в качестве модели нефти
использовалась смесь вазелинового масла с керосином вязкостью 3,42 мПа с и плотностью 804 кг/м3. Пористую среду предварительно насыщали под вакуумом дистиллированной водой, и осуществлялась ее фильтрация под давлением 2,0 МПа. Далее воду вытесняли моделью нефти. Остаточная связанная вода составила 26,2 % от объема пор. После фильтрования трех объемов пор модель выдерживали в течение 2 сут до завершения процессов адсорбции, затем через пористую среду фильтровали еще три объема пор нефти.
Следующую серию исследований проводили при насыщении искусственного керна водой с остаточной нефтью. Сначала осуществляли подготовку керна по методике предыдущей серии. Далее осуществляли вытеснение модели нефти водой при среднем градиенте давления 0,1 МПа/м, скорости фильтрации 75 м/год. После прокачки трех объемов пор воды и прекращения вытеснения нефти коэффициент нефтевытеснения составил 50 %.
В опытах всех серий на подготовленных вышеописанным образом пористых моделях осуществляли переходные процес-
87
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
сы изменения давления при наложении упругих колебаний различных параметров. Применяли следующую методику снятия кривых восстановления давления.
При закрытом вентиле в1 и открытом вентиле в2 с помощью подачи азота N2 из баллона 8 в разделительную колонку 7 на входе пористой модели пласта создавали превышение давления относительно значения статического давления в пористой среде, которое поддерживалось через буферную колонку 2 баллоном 1. Затем вентиль в2 закрывали и быстро открывали вентиль в1. Благодаря значительной упругости газа в колонке 7 на входе в пористую среду поддерживалось практически постоянное давление, соответствующее реальному процессу подпитки из пласта. С момента быстрого открытия вентиля в1 давление со входа передавалось на выход пористой среды, на выходе наблюдался рост (восстановление) давления, а перепад давления между входом и выходом убывал. Кривые изменения (восстановления) давления записывались на планшетном графопостроителе 20.
Кривые восстановления давления обрабатывались методами Баренблатта, а также детерминированных моментов с использованием компьютера. В результате оценивали пьезопроводность моделей пласта без виброволнового воздействия, во время наложения поля упругих колебаний и спустя определенное время после выключения воздействия.
Результаты исследований представлены в табл. 3.3.1. Анализ результатов показывает, что степень влияния виб-
роволнового воздействия на пьезопроводность пористой среды в значительной степени определяется характером насыщения и свойствами насыщающих флюидов. В случае насыщения пористой среды модели пласта однофазной жидкостью (дистиллированной водой) заметного влияния наложения упругих колебаний не обнаруживается.
Наличие в пористой среде модели двух фаз изменяет результаты экспериментов – становится заметным влияние упругого колебательного воздействия.
Так, при насыщении искусственного керна нефтью с содержанием остаточной водной фазы наложение упругих колебаний влияет на пьезопроводность среды в сторону либо ее увеличения, либо ее уменьшения в зависимости от режима воздействия. Наложение колебаний с низкими значениями колебательного ускорения и смещения вызывает относительно небольшое повышение пьезопроводности, однако при увели-
88
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
чении данных колебательных параметров эффект меняет знак
– пьезопроводность уменьшается тем сильнее, чем больше значения данных энергетических параметров налагаемого колебательного поля.
Замеры пьезопроводности модели пласта после снятия поля колебаний во всех случаях показывают заметное увеличение коэффициента пьезопроводности – тем большее, чем больше была интенсивность предыдущего колебательного воздействия.
Явления с аналогичным, но еще более выраженным характером наблюдаются и при насыщении искусственного керна –
Таблица 3.3.1
Изменение коэффициента пьезопроводности модели пласта при виброволновом воздействии
|
|
Параметры упругих колебаний |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Насыщающая жидкость |
|
Частота, Гц |
|
Интенсив- 2 |
|
Колебатель- |
Колебатель- |
|
|
|
|
ность, Вт/м |
|
ное ускоре- |
ное смеще- |
|
|
|
|
|
|
ние, м/с2 |
ние, мкм |
Дистиллированная вода |
|
66 |
2,2 |
|
1,5 |
2,9 |
|
Нефть + остаточная вода |
|
93 |
11,6 |
|
1,7 |
4,6 |
|
(26,2 %), искусственный |
|
|
56,0 |
|
3,7 |
10,0 |
|
керн |
|
470 |
134,0 |
|
5,7 |
15,6 |
|
Вода + остаточная нефть |
|
11,0 |
|
8,2 |
1,9 |
||
(50 %), искусственный |
|
|
46,3 |
|
16,4 |
1,9 |
|
керн |
|
|
185,0 |
|
32,8 |
3,8 |
|
|
|
|
417,0 |
|
49,2 |
5,6 |
|
|
|
|
741,0 |
|
65,6 |
7,5 |
|
|
|
|
1504,0 |
|
93,4 |
10,7 |
|
|
Продолжение табл. 3.3.1 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Пьезопроводность, 10–2 м2/с |
|
||||
Насыщающая жидкость |
|
До воздей- |
|
Под воздей- |
После воз- |
Примечания |
|
|
|
ствия |
|
ствием |
действия |
|
|
Дистиллированная вода |
|
9,16 |
|
10,00 |
|
11,0 |
Сразупосле |
Нефть + остаточная вода |
|
3,54 |
|
3,56 |
|
4,04 |
воздействия |
|
|
|
То же |
||||
(26,2 %), искусственный |
|
|
|
2,39 |
|
4,11 |
Через2 мин |
керн |
|
2,77 |
|
2,20 |
|
||
Вода + остаточная нефть |
|
|
3,17 |
|
4,26 |
|
|
(50 %), искусственный |
|
|
|
2,9 |
|
|
|
керн |
|
|
|
2,4 |
|
|
|
|
|
|
|
1,9 |
|
|
|
|
|
|
|
1,8 |
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
89 |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
модели пласта водой с содержанием остаточной нефтяной фазы.
3.4.ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРНО-РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЛАСТОВЫХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ НАЛОЖЕНИИ
КОЛЕБАНИЙ
Существует большое число месторождений с осложненными условиями разработки, обусловленными повышенной вязкостью нефтей, наличием у них неньютоновских свойств. Подобные свойства существенным образом сказываются на характере движения нефтей в пористой среде [6, 107, 108, 110] и должны учитываться при эксплуатации месторождений и применении различных методов повышения эффективности их разработки.
Вопросу изучения влияния упругих колебаний на свойства неньютоновских нефтей посвящено достаточно большое число работ [14, 31, 44, 57, 75, 92, 165], из которых следует, что наложение упругих колебаний при определенных условиях деформирует и разрушает внутреннюю структуру неньютоновских нефтей, изменяет вязкоупругие и другие свойства, определяющие их реологическое и фильтрационное поведение.
Результаты большинства осуществленных работ носят качественный характер и направлены главным образом на подтверждение эффектов влияния колебательного воздействия. Однако с точки зрения непосредственного практического использования подобных явлений и эффектов для улучшения показателей разработки скважин, достижения наибольшей технологической эффективности виброволнового воздействия необходима привязка наблюдаемых эффектов и их количественных выражений к областям частот и энергетическим параметрам упругих колебаний.
С этой целью были проведены экспериментальные лабораторные исследования влияния полей упругих колебаний различных частот и интенсивностей на релаксационные характеристики неньютоновских жидкостей. Релаксационные характеристики или времена релаксации характеризуют разрушение и образование структур в неньютоновских жидкостях и во многом определяют их реологическое поведение, например, при объемных и сдвиговых деформациях. По степени их изменения при наложении упругих колебаний можно оценивать характер и результативность воздействия.
90
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Схема лабораторной установки для исследования объемной релаксации неньютоновских жидкостей в поле упругих колебаний приведена на рис. 3.4.1.
Установка состоит из колонки высокого давления 1 с термостатирующей рубашкой, гидравлического пресса 2, термостата 3. Для измерения давления внутри колонки служит тензодатчик 4, подключенный к тензометрической системе 5 типа СИИТ-3. Сигнал записывается на графопостроителе 6 типа Н306. Для замера уровня упругих колебаний служит пьезоэлектрический датчик 7 типа ДН-3 с измерителем 8 типа ВШВ-003. Упругие колебания генерируются пакетным пьезоизлучателем 9, который через усилитель 11 типа ТУ-600 подключен к звуковому генератору 10 типа ГЗ-119. Для моделирования свободного акустического поля в исследуемой среде колонка 1 зафиксирована между бетонным блокомволноводом и излучателем 9. В отличие от работ [20–22], где для измерения давления использовались манометры с трубкой Бурдона, в данной установке для этой цели применялся тензо-
Рис. 3.4.1. Схема экспериментальной установки для исследования объемной
релаксации неньютоновских жидкостей в поле упругих колебаний
91